第2章单张像片的基本知识
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(完整版)摄影测量知识点整理(完整精华版)
摄影测量学第一章 绪论1、摄影测量是从非接触成像系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其他物体的几何、属性等可靠信息的工艺、科学与技术。
2、摄影测量学的三个发展阶段：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量4、摄影测量存在哪些问题第二章 单幅影像解析基础1、像主点：摄影机主光轴（摄影方向）与像平面的交点，称为像片主点。
像主距：摄影机物镜后节点到像片主点的垂距称为摄影机主距，也叫像片主距（f ）。
2、航空摄影：利用安装在航摄飞机上的航摄仪，在空中以预定的飞行高度度沿着事先制定好的航线飞行，按一定的时间间隔进行曝光摄影，获取整个测区的航摄像片。
空中摄影采用竖直摄影方式，即摄影瞬间摄影机物镜主光轴近似与地面垂直。
Hf L l m ==1 （m —像片比例尺分母，f —摄影机主距，H —平均高程面的摄影高度 H=m ·f ） 3、相对航高是指摄影机物镜相对于某一基准面的高度，称为摄影航高。
绝对航高是相对于平均海平面的航高，是指摄影机物镜在摄影瞬间的真实海拔高。
通过相对航高H 与摄影地区地面平均高度H 地计算得到：H 绝=H+H 地5、航向重叠：同一条航线内相邻像片之间的影像重叠称，重叠度一般要求在60%以上； 旁向重叠：两相邻航带像片之间的影像重叠，重叠度要求在30%左右。
6、中心投影：当投影会聚于一点时，称为中心投影； 正射投影：投影射线与投影平面成正交。
中心投影：投影射线会聚于一点（投影射线的会聚点称投影中心） 投影 斜投影：投影射线与投影平面成斜交 平行投影正射投影：投影射线与投影平面成正交7、透视变换中的重要的点线面：① 由投影中心作像片平面的垂线，交像面于o ，称为像主点；像主点在地面上的对应点以O 表示，称为地主点。
② 由摄影中心作铅垂线交像片平面于点n ，称为像底点；此铅垂线交地面于点N ，称为地底点。
③ 过铅垂线SnN 和摄影方向SoO 的铅垂面称为主垂面（W ），主垂面即垂直于像平面P ，又垂直于地平面E ，也垂直于两平面的交线透视轴TT 。
第二章 单幅影像解析基础
以X 轴为主轴的’-’-’转角系统的坐标变换
a1 cos cos a 2 cos sin a3 sin b1 cos sin sin sin cos b2 cos cos sin sin sin b3 sin cos c1 sin sin cos sin cos c2 sin cos cos sin sin c3 cos cos
重 要 的 点 、 线 特 征
等角点特性
c
C
在倾斜像片 和水平地面 上，由等角 点 c 和 C 所引 出的一对透 视对应线无 方向偏差， 保持着方向 角相等
重 要 的 点 、 线 特 征
等比线特性 等比线的构像比例尺等于水平像片上的摄影比例尺， 不受像片倾斜影响
已知 E 平面上有 A 点，在像平面上作对应 的像 a
像 片 外 方 位 角 元 素
A
z
y
o
像片旋 角 v
X
三、空间直角坐标变换
平 y’ 面 坐 x x 'cos y 'sin 标 y x 'sin y 'cos 变 换 x cos sin x y sin cos y
o2 o1
像片旋角过大会减少立体像对 的有效范围
理想像对：相邻两像片水平、摄影基线水平组成的像对 正直像对：相邻两像片水平、摄影基线不水平组成的像对 竖直像对：相邻两像片不严格水平、摄影基线不水平组成 的像对
立 体 像 对
p1
S1 S2
p2
p1 S1
P2 S2
P2 p1 S1 S2
第2章单张像片的基本知识
飞行质量的要求
1、像片倾斜角 应小于3度。 2、摄影航高 航高，H表示，指航摄仪物镜中心S在摄影 瞬间相对于某一基准面的高度。 杭高的计算从该基准面算起，向上为正。
相对航高HT:航摄物镜中心S在摄影瞬间相对 于某一基准面的高度（通常是摄影区域地 面平均高程基准面）。 绝对杭高H0： 相对于大地水准面的高度。
4、影像处理工艺不同 光化学反应，暗房冲洗。 数码：由计算机进行，使用软件。
信息数字化，可以借助各种媒介实现图像 的实时传递。数码摄影机在摄影测量上的 应用日益广泛。
三、航空像片的获取及技术要求
1、航空摄影实施过程 采用摄影测量方法测制地形图，必须对 测区进行有计划的空中摄影。 摄影仪安装在摄影飞机上，从空中一定 的高度对地面物体进行摄影，取得像片。 飞机：保持一定的飞行高度和航线飞行的 直线性，航速不能过大，续航的时间要长。
搜集地形图、控制测量成果、气象 划分航摄分区 确定航线方向和敷设航线 计算航摄所需的飞行数据和摄影数据 编制领航图 确定航摄的日期和时间
空中摄影
天空晴朗、能见度好、气流平稳
摄影时间最好是中午前后的几个小时
书上第12页空中摄影示意图
摄影处理
底片冲洗、正片晒印、像片索引图的拍照 冲晒等工作。航空像片拍摄完后，立即将 装有底片的暗盒取出，在专用的冲印设备 中进行处理，并按相应的技术质量标准检 查，万一出现质量问题，如云层遮挡、漏 拍、漏光、重叠度超限等。
H=HT + h
3、摄影比例尺 空中摄影计划设计时的像片比例尺 航摄比例尺的选取要以成图比例尺、 摄影测量内业成图方法和成图精度等因素 来考虑选取，经济性、摄影资料的可实用 性。 第14页表2-1
ch2-单张航摄像片解析
18cmx18cm,23cmx23cm,30cmx30cm
通常承片框上四个边的中点各安置一个机械框标或
在四个角设定四个光学框标来建立像平面坐标。
光学框标
—
机械框标
康 念 坤
框标坐标系
摄 影 测 量 学 第 二 章 单 张 航 摄 像 片 解 析
—
康 念 坤
量测用摄影机的三个特征
摄 影 测 量 学 第 二 章 单 张 航 摄 像 片 解 析
康 念 坤
量测用摄影机的三个特征
摄 影 测 量 学 第 二 章 单 张 航 摄 像 片 解 析
① 量测用摄影机的像距是一个固定值，几乎等于
摄影机物镜的焦距。
② 摄影机像面框架有无框标标志，是作为区分量
—
测用摄影机和非量测用摄影机的重要标志。
康 念 坤
框 标
航摄像片的大小规格：
摄 影 测 量 学 第 二 章 单 张 航 摄 像 片 解 析
康 念 坤
等比线的构像比例尺等于水平像片上的摄影比例尺f/H ，不 受像片倾斜影响。
§2-2 摄影测量常用坐标系统
根据像片上像点的位置确定相应的地面点的空间位置。需
摄 影 测 量 学 第 二 章 单 张 航 摄 像 片 解 析
要选择适当的坐标系统来描述像点和地面点，并通过一系列 的坐标变换，建立二者之间的数学关系，从而由像点观测值 求出对应物点的测量坐标。
—
康 念 坤
像片倾斜引起的 像点位移
地形起伏引起的 像点位移
航摄像片与地形图的区别
（1）投影方式的不同：地形图为正射投影，航摄像片为 中心投影。
摄 影 测 量 学 第 二 章 单 张 航 摄 像 片 解 析
（2）航片存在两项误差：像片倾斜引起的像点位移，地形起伏 引起的像点位移。 （3）比例尺的不同：地图有统一比例尺；航片无统一比例尺， 比例尺因点而异。 （4）表示方法的不同：地图为线划图；航片为影像图。 （5）表示内容的不同：地图需要综合取舍；航片所见即所得。 （6）几何上的不同：航摄像片可组成像对立体观察。 摄影测量的主要任务就是把地面按中心投影规律获得 的摄影比例尺像片转换成按图比例尺要求的正射投影地 形图。
无人机航空摄影测量：单张像片解析基础
c1 u
c2
v
c3 w
共线方程：
x f a1( X A X S ) b1(YA YS ) c1( Z A ZS ) a3 ( X A X S ) b3 (YA YS ) c3 ( Z A ZS )
y f a2 ( X A X S ) b2 (YA YS ) c2 ( Z A ZS ) a3 ( X A X S ) b3 (YA YS ) c3 ( Z A ZS )
w a3 b3
x a1u b1v c1w y a2u b2v c2w
f a3u b3v c3w
x
f y
a1u b1v c1w a3u b3v c3w
a2u b2v c2w
f a3u b3v c3w
uvkk((XYAA
X YS
S
)
)
w k(Z A ZS )
S
ab
c
S
ab
f c
A a0
B b0
C
A
B
c0
a0
b0
H
C c0
理想状态：地面平 实际状态：地面不平
坦，像片水平
坦，像片不水平
航摄像片的特点：
当像片倾斜或地形起伏时，地 面点在航摄像片上构像相对于理 想情况下的构像所产生的位置差 异称像点位移。
Photo
Map
由于存在像片倾斜和地形起伏两种误差的影响，致使影像发生几何变 形，反映为影像比例尺有不同的变化，相关方位也发生变化。若利用航 摄像片制作正射影像图时，必须消除倾斜误差和投影误差，统一像片上 各处比例尺，使中心投影的航摄像片转化为正射投影的影像。
共线方程：摄影测量中最基本最重要的公式
当需顾及内方位元素时 :
摄影测量学第二章_单张航片解析
二、方向余弦确定
1. S-XYZ坐标系绕Y轴旋转角到S-XY Z
二、方向余弦确定
2. S-XY Z坐标系绕X轴旋转角到S-XYZ
二、方向余弦确定
3. S-XYZ坐标系绕Z轴旋转角到S-xyz
二、方向余弦确定
上述三式依次回代
同一像片在特定坐标系中： 不同的转角系统：方向余弦的表达式不同但是R唯一； R中有且只有三个独立参数
航摄像片是地面景物的中心投影构像
Es S ho
hi P v
i
hc
o
T
c
W hi
n
ho
J
V v N hc C O
T
V E
第二节 航摄像片上特殊的点、线、面
面：地面E
点：摄影中心S
重
像片面P 主垂面W
要
真水平面Es
的
线：迹线TT
点
主光线SoO
像主点o 地主点O 像底点n 地底点N
线
主垂线SnN
等角点c
思考题：已知像片内、外方位元素、像点坐标。能否计算得到 地面点坐标？
第六节 共线条件方程
像片仿真
已知 1、内、外方位元素 2、地面点空间坐标 3、DEM 4、DOM
z
S(Xs, Ys, Zs)
Z
y x
a (x,y)
A(X,Y,Z) Y
X
x f a1(X X s ) b1(Y Ys ) c1(Z Zs ) a3 (X X s ) b3 (Y Ys ) c3 (Z Zs )
种次序连续三次旋转形成。 旋转顺序不同、形成不同的转角系统。 Y轴为主轴的--转角系统；
X轴为主轴的’-’-’转角系统的坐标变换；
Z轴为主轴的A--v系统的坐标变换。 注意角元素方向的定义
无人机航空摄影测量之单张像片解析基础介绍课件
技术原理：利用无人机搭载的相机进行航空摄影，获取地面影像数据
发展现状及趋势
技术进步：无人机技术不断发展，性能不断提高
应用领域：无人机航空摄影测量广泛应用于测绘、环境监测、城市规划等领域
法规政策：各国政府对无人机航空摄影测量的监管政潜力巨大，未来发展前景广阔
成果应用：地形测量成果可用于规划、设计、施工等环节，为工程建设提供依据
某城市规划案例
01
城市概况：某市位于中国东部沿海地区，人口约500万，经济发达，交通便利。
02
规划需求：某市需要进行城市规划，包括土地利用、交通规划、环境保护等方面。
03
无人机航空摄影测量：使用无人机进行航空摄影测量，获取高分辨率影像数据。
4
技术挑战及应对策略
技术挑战：无人机飞行控制、图像处理、数据传输等
应对策略：采用先进的无人机控制系统、图像处理算法和数据传输技术
技术挑战：无人机续航能力、图像质量、数据处理速度等
应对策略：提高无人机续航能力、优化图像采集和处理算法、提高数据处理速度
技术挑战：无人机安全、隐私保护、法规限制等
应对策略：加强无人机安全防护、保护用户隐私、遵守相关法规限制
04
数据处理：对影像数据进行处理，生成数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）等。
05
应用：利用无人机航空摄影测量数据，进行城市规划设计，包括道路规划、建筑布局、绿化规划等。
06
成果：某市城市规划方案得到了政府和市民的认可，为城市的可持续发展提供了有力支持。
某工程勘察案例
项目背景：某地区需要进行工程勘察，以确定地质条件、地下水状况等
03
特征提取：通过图像处理算法提取像片中的地物特征
04
发展现状及趋势
技术进步：无人机技术不断发展，性能不断提高
应用领域：无人机航空摄影测量广泛应用于测绘、环境监测、城市规划等领域
法规政策：各国政府对无人机航空摄影测量的监管政潜力巨大，未来发展前景广阔
成果应用：地形测量成果可用于规划、设计、施工等环节，为工程建设提供依据
某城市规划案例
01
城市概况：某市位于中国东部沿海地区，人口约500万，经济发达，交通便利。
02
规划需求：某市需要进行城市规划，包括土地利用、交通规划、环境保护等方面。
03
无人机航空摄影测量：使用无人机进行航空摄影测量，获取高分辨率影像数据。
4
技术挑战及应对策略
技术挑战：无人机飞行控制、图像处理、数据传输等
应对策略：采用先进的无人机控制系统、图像处理算法和数据传输技术
技术挑战：无人机续航能力、图像质量、数据处理速度等
应对策略：提高无人机续航能力、优化图像采集和处理算法、提高数据处理速度
技术挑战：无人机安全、隐私保护、法规限制等
应对策略：加强无人机安全防护、保护用户隐私、遵守相关法规限制
04
数据处理：对影像数据进行处理，生成数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）等。
05
应用：利用无人机航空摄影测量数据，进行城市规划设计，包括道路规划、建筑布局、绿化规划等。
06
成果：某市城市规划方案得到了政府和市民的认可，为城市的可持续发展提供了有力支持。
某工程勘察案例
项目背景：某地区需要进行工程勘察，以确定地质条件、地下水状况等
03
特征提取：通过图像处理算法提取像片中的地物特征
04
2单幅影像解析基础
航摄像片中的重要点、线、面
hi P ho o
Es S hc T J n v N
v
i
hi W
c
V
ho hcC
O E
V
T
重 要 的 点 线
点：摄影中心S
像主点o 地主点O
project center
principal point of photograph ground principal point
像底点n
地底点N 等角点c 地面等角点C 主合点i 主遁点J
image nadir point
ground nadir point isocenter of photograph isocenter of ground principal vanishing point principal vanishing point
一个坐标系按某种顺序依次旋转 三个角度即可变换为另一个同原 点的坐标系。
Zs
Z Y Ys A Xs
p
X
1）以Y轴为主轴的、 、 先后绕Y、X、Z轴旋转 Z S y Zs Z x ox X o
Y X 航向倾角 旁向倾角
Y
Ys N A Xs
像片旋角
2）以X轴为主轴的 ， 、，、 ， 先后绕X、Y、Z轴旋转 Z S y Zs Z
， ，
on f tg oc f tg
P S T J n V v N c o
v W
2
i
oi f ctg
C
O
V E
ON Htg CN Htg
T
f sin H SJ iV sin Si ci
2
重 要 的 点 线 特 征
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2、摄影处理(黑白)
摄影处理过程：显影－定影－水洗－晾干 1.显影 显影液的成份：显影剂－－米吐尔 保护剂－－Na2SO3 促进剂－－ Na2CO3 抑制剂－－KBr 显影时间：胶卷12分钟，像纸4分钟
2.定影 定影液的成份：银盐溶解剂－－ Na2S2O3 中和剂－－－－醋酸 稳定剂－－－－ Na2SO3 坚膜剂－－－－钾矾 定影时间：2倍胶卷变透明时间，像纸半小时。
搜集地形图、控制测量成果、气象 划分航摄分区 确定航线方向和敷设航线 计算航摄所需的飞行数据和摄影数据 编制领航图 确定航摄的日期和时间
空中摄影
天空晴朗、能见度好、气流平稳
摄影时间最好是中午前后的几个小时
书上第12页空中摄影示意图
摄影处理
底片冲洗、正片晒印、像片索引图的拍照 冲晒等工作。航空像片拍摄完后，立即将 装有底片的暗盒取出，在专用的冲印设备 中进行处理，并按相应的技术质量标准检 查，万一出现质量问题，如云层遮挡、漏 拍、漏光、重叠度超限等。
二、摄影机 专业摄影机、普通摄影机 专业摄影机：摄取适合摄影测量用的像片 普通摄影机：日常生活中用来摄取生活照 片或其他用的摄像机。
数码相机 用ＣＣＤ或ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)来代替胶卷记录被摄景物。 光信号－－－电子信号－－－数字信号 优缺点：处理、传输快、存储量大，成本 低；分辨率低、色彩问题、记录延迟。
H=HT + h
3、摄影比例尺 空中摄影计划设计时的像片比例尺 航摄比例尺的选取要以成图比例尺、 摄影测量内业成图方法和成图精度等因素 来考虑选取，经济性、摄影资料的可实用 性。 第14页表2-1
视摄影像片水平、地面取平均高程时，像 片上的线段l 与地面上相应的水平距L 之比 为摄影比例尺
6、航线弯曲度 把一条航线的航摄像片根据地物影像 拼接起来，各张像片的主点连线不在一条 直线上，而呈现为弯弯曲曲的折线，称航 线弯曲。
航线弯曲度 ：航 线最大弯曲矢量 与航线长 度之比 的百分数。要求 航线弯曲度 <3%
7、像片旋偏角 一张像片上相邻主点连线与同方向框 标连线间的夹角。要求像片旋角<60；
航空摄影测量的实施过程： 任务委托 签订合同 制定航摄计划 空中摄影实施 摄影处理 资料检查验收
任务委托
根据计划测图的范围和图幅数，划定区域 范围 确定航摄比例尺 航摄仪的类型、焦距、像幅的规格 重叠度的要求 提交的资料成果内容、方式和期限
航摄技术计划的主要内容
中心投影的三种方式
物点、像点、投影中心三点都是共线的
二、航摄像片是中心投影
三、中心投影的阴位和阳位
阴位
阳位
空间物体在阴位和阳位 像片上的构像是相同的。
透视变换
将空间点、线作中心投影，在投影平面 P上得到一一对应的点、线，这种经中心投 影取得的一一对应的投影关系称为透视变 换
数码相机与传统相机区别
1、影像成像过程不同 传统相机：银盐感光材料，胶片作为载体 用ＣＣＤ或ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)来代替胶卷记录被摄景物， 光信号转变为电信号，再经模/数转换后记 录于存储卡上，可以反复使用，效果可以 立即回放观看效果。
像片旋角过大会减少立体像 对的有效范围
§2.2
中心投影的基本知识
一、投影、中心投影和正射投影 投影－－用一组投影光线，将空间物体投 影到一个几何面上，形成空间物体在该几 何面上的构像，称为投影。 投影的几何面通常是平面，称为投影 平面，投影面上的构像也称投影。 中心投影－－投影光线汇聚于一点的投影 称为中心投影。
。Ｓ
Ａ
·
· Ｂ
· Ｃ
· b · a
c ·
投影射线平行于某一固定方向的投 影的投影称为平行投影， 正射投影：投影光线垂直于投影平面的 平行投影称为正射投影。
航摄像片为中心投影，地形图为正射投影
中心投影与垂直投影两种不同的投影 方式就成了航摄橡片与地形图各种差异的 根源，而如何将中心投影的航摄像片转化 为垂直投影的地形图，就成了摄影测量学 的主要任务。
第二章
单张像片的基本 知识
掌握航空像片的获取和技术要求，中 心投影的基本知识；理解摄影测量中常用 的坐标系统，航摄像片的内方位元素和外 方位元素，像点位移，像片比例尺；了解 摄影测量的基本知识。
§2.1 摄影的基本知识
一、摄影原理 根据小孔成像原理，用一个摄影物镜代 替小孔；在成像平面处放置感光材料，物 体的投射光线经摄影物镜后聚于感光材料 上，感光材料受成像光线的光化学作用后 生成潜像，再经摄影处理得到光学影像。
4、像片重叠度
航向重叠 60% 最小不得小于53%，最大不得大于75% 旁向重叠30% 最小不得小于15%，最大不得大于50%
小于最小限定值航摄漏洞 必须补飞 过大，造成浪费，不利于测图。
5、航高差 《1：5000、1：10000、1：25000、 1：50000、1：100000地形图航空摄影规范》 规定: 1.同一条航线上最大航高与最小航高之差不 得大于30m； 2.摄影分区内实际航高与设计杭高之差不得 大于50m
摄影原理（凸透镜成像规律） 由初中物理知道：
1 1 1 u v f
其中，u是物距，v 是像距，f是焦距。
感光材料、光化学作用、负片、正片
负片：影像的黑白灰度与被摄物的明亮 程度相反。 正片：影像的黑白灰度与被摄物的明亮 程度一致。
摄影处理与黑白感光材料
1、黑白感光材料
明胶保护层 高感乳剂层 低感乳剂层 中间底层 片基 防静电、防卷曲层
飞行质量的要求
1、像片倾斜角 应小于3度。 2、摄影航高 航高，H表示，指航摄仪物镜中心S在摄影 瞬间相对于某一基准面的高度。 杭高的计算从该基准面算起，向上为正。
相对航高HT:航摄物镜中心S在摄影瞬间相对 于某一基准面的高度（通常是摄影区域地 面平均高程基准面）。 绝对杭高H0： 相对于大地水准面的高度。
2、影像存储介质不同
传统相机的影像以化学方法记录在卤化银 胶片上， 数码相机的图像以数字方式存储在存储卡 上或数字光盘上。
3、影像输入输出方式不同
传统相机：影像底片和相片的形式表现， 观看、制作、传输和携带不便。
数码相机：数字影像可以直接输入计算机， 处理后可以形式各异、丰富多彩，的产品， 非常方便快捷。
航空摄影分类
(1)面积航空摄影
(2)条状地带航空摄影
(3)块航空摄影 用于大型工程建设和矿山勘探部门。只 拍摄少数几张具有一定重叠度的像片
1、面积航空摄影 测绘地形图 大面积资源调查
Байду номын сангаас
2、条状地带航空摄影
公路、铁路、输电线路定线和江、河流域 的规划或治理工程等。 条状地带航空摄影：一般只有一条或少数 几条航带。
4、影像处理工艺不同 光化学反应，暗房冲洗。 数码：由计算机进行，使用软件。
信息数字化，可以借助各种媒介实现图像 的实时传递。数码摄影机在摄影测量上的 应用日益广泛。
三、航空像片的获取及技术要求
1、航空摄影实施过程 采用摄影测量方法测制地形图，必须对 测区进行有计划的空中摄影。 摄影仪安装在摄影飞机上，从空中一定 的高度对地面物体进行摄影，取得像片。 飞机：保持一定的飞行高度和航线飞行的 直线性，航速不能过大，续航的时间要长。